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一種含鑭鈰稀土微晶材料及其制備方法與流程

文檔序號:11610442閱讀:631來源:國知局

本發(fā)明屬于資源綜合利用和工業(yè)固廢的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種含鑭鈰稀土微晶材料及其制備方法。



背景技術(shù):

高豐度稀土鑭鈰伴隨其他稀土元素一起開采和分離出來,在所有稀土元素中占70%以上,但實(shí)際的需求量卻很低,造成資源浪費(fèi);粉煤灰是火力發(fā)電廠的主要廢棄物、高爐渣是煉鐵廠的主要廢棄物,堆放處理不僅占用大量土地,還對周邊土壤和水資源造成嚴(yán)重污染。近年來,國內(nèi)外對cao-mgo-al2o3-sio2系微晶材料的研究日益增多,粉煤灰、高爐渣和石英砂是其很好的主要原材料,但其耐磨性能和機(jī)械性能沒有得到很好的發(fā)揮。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種含鑭鈰稀土微晶材料及其制備方法,本發(fā)明通過加入高豐度稀土鑭鈰氧化物進(jìn)行改性;利用燒結(jié)法制備的含鑭鈰稀土微晶材料,具有極高的莫氏硬度、良好的機(jī)械性能和耐酸堿性能,在耐磨和耐酸堿等應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異。

為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:一種含鑭鈰稀土微晶材料,化學(xué)成份按重量比為:sio235~65%、cao7~26%、mgo1~5%、al2o38~17%、feo≤13%、na2o+k2o0.5~6%、caf22~10%、re(laxce1-x)o1~5%、雜質(zhì)≤2%。該種含鑭鈰稀土微晶材料莫氏硬度7~9級、壓縮強(qiáng)度1300~1500mpa、彎曲強(qiáng)度110~195mpa、密度2.8~3.3g/cm3、耐酸性≤0.07、耐堿性≤0.03,性能優(yōu)異,在微晶材料的同類產(chǎn)品中同時(shí)具有較高的耐磨、耐腐蝕和較高的機(jī)械性能。

一種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法,包括以下步驟:1、選取粉煤灰、高爐渣、稀選尾礦、石英砂、石灰石、長石以及caf2、re(laxce1-x)o、na2o中的若干種材料作為制備材料,測定選取材料的成分比例,根據(jù)含鑭鈰稀土微晶材料的組份計(jì)算所選取材料中若干種材料的加入比例;2、將步驟1中選取的材料磨制成粉并過200目篩,混合均勻后放入坩堝,于1300~1550℃在電爐中熔化完全后澄清20~30min,將熔融液澆鑄在預(yù)熱溫度為850~950℃的已預(yù)熱的模具中;3、將澆鑄好的含鑭鈰稀土微晶材料立即放入680~730℃爐內(nèi)退火,保溫時(shí)間為60~120min,再以10℃/min升溫到800~850℃保溫120min,然后以5℃/min升溫到880~970℃晶化,保溫時(shí)間為240~480min,最后以2℃/min的速率降溫到500℃以下,自然冷卻到常溫。該種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法采用高豐度稀土鑭鈰氧化物和電廠廢棄物粉煤灰、煉鐵廠廢棄物高爐渣來制備含鑭鈰稀土微晶材料,可開發(fā)出高端工業(yè)用高耐磨、耐腐蝕或即耐磨又要耐腐蝕的管材、板材和異形件。提高了高豐度稀土鑭鈰的綜合利用率和粉煤灰的利用價(jià)值,具有高技術(shù)含量和高附加值。在微晶材料的制備中加入少量高豐度稀土鑭鈰氧化物,稀土元素進(jìn)入玻璃體替代硅離子,由于價(jià)態(tài)不同打斷了玻璃體中的(-si≡si-)鍵,使玻璃體粘度降低,促進(jìn)晶化過程中晶核的形成和晶體的生長,使晶粒更加細(xì)小、均勻和體檢占比,顯著提高材料硬度、改善斷裂韌性;通過選用不同的生產(chǎn)工藝,可生產(chǎn)工業(yè)用高耐磨耐腐蝕板材、管材和異形件;達(dá)到高豐度稀土綜合利用的目的和火力發(fā)電廢棄物粉煤灰綜合利用的目的;使微晶材料的微晶更加細(xì)小、分別更加均勻、體積占比更大,莫氏硬度和機(jī)械性能顯著提高,且大大減少了形核劑的加入量。

上述技術(shù)方案中,優(yōu)選的,選取材料按重量比為:粉煤灰22%、石英砂31%、石灰石13.8%、長石14%、高爐渣12%、caf24%、re(laxce1-x)o1.2%、na2o2%。

上述技術(shù)方案中,優(yōu)選的,選取材料按重量比為:粉煤灰40%、石英砂26%、石灰石15%、長石10%、caf26%、re(laxce1-x)o2%、na2o1%。

上述技術(shù)方案中,優(yōu)選的,選取材料按重量比為:稀選尾礦32%、粉煤灰7%、高爐渣5%、石英砂32%、石灰石11%、長石9%、caf23%、re(laxce1-x)o1%。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下有益效果:該種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法采用高豐度稀土鑭鈰氧化物和電廠廢棄物粉煤灰、煉鐵廠廢棄物高爐渣來制備含鑭鈰稀土微晶材料,可開發(fā)出高端工業(yè)用高耐磨、耐腐蝕或即耐磨又要耐腐蝕的管材、板材和異形件。提高了高豐度稀土鑭鈰的綜合利用率和粉煤灰的利用價(jià)值,具有高技術(shù)含量和高附加值。在微晶材料的制備中加入少量高豐度稀土鑭鈰氧化物,稀土元素進(jìn)入玻璃體替代硅離子,由于價(jià)態(tài)不同打斷了玻璃體中的(-si≡si-)鍵,使玻璃體粘度降低,促進(jìn)晶化過程中晶核的形成和晶體的生長,使晶粒更加細(xì)小、均勻和體檢占比,顯著提高材料硬度、改善斷裂韌性;通過選用不同的生產(chǎn)工藝,可生產(chǎn)工業(yè)用高耐磨耐腐蝕板材、管材和異形件;達(dá)到高豐度稀土綜合利用的目的和火力發(fā)電廢棄物粉煤灰綜合利用的目的;使微晶材料的微晶更加細(xì)小、分別更加均勻、體積占比更大,莫氏硬度和機(jī)械性能顯著提高,且大大減少了形核劑的加入量,制得的含鑭鈰稀土微晶材料莫氏硬度7~9級、壓縮強(qiáng)度1300~1500mpa、彎曲強(qiáng)度110~195mpa、密度2.8~3.3g/cm3、耐酸性≤0.07、耐堿性≤0.03,性能優(yōu)異,在微晶材料的同類產(chǎn)品中同時(shí)具有較高的耐磨、耐腐蝕和較高的機(jī)械性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:實(shí)施例1,一種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法,包括以下步驟:1、按重量比選取粉煤灰22%、石英砂31%、石灰石13.8%、長石14%、高爐渣12%、caf24%、re(laxce1-x)o1.2%、na2o2%作為制備材料,2、將步驟1中選取的材料放入球磨機(jī)中磨120min并過200目篩,混合均勻后放入坩堝,于1450-1470℃在電爐中熔化完全后澄清30min,將熔融液澆鑄在預(yù)熱溫度為890-910℃的已預(yù)熱的模具中;3、將澆鑄好的含鑭鈰稀土微晶材料立即放入690-710℃爐內(nèi)退火,保溫時(shí)間為120min,再以10℃/min升溫到825-835℃保溫120min,然后以5℃/min升溫到895-905℃晶化,保溫時(shí)間為360min,最后以2℃/min的速率降溫到500℃以下,自然冷卻到常溫。通過上述技術(shù)工藝過程制備的含鑭鈰稀土微晶材料的化學(xué)成分為:sio255%、al2o312.5%、cao18.2%、mgo1.8%、feo2.9%、na2o+k2o4.9%、re(laxce1-x)o1.2%、caf23.6%。性能指標(biāo)為:密度2.9g/cm3、莫氏硬度7級、壓縮強(qiáng)度1391mpa、彎曲強(qiáng)度180mpa、耐酸性0.06、耐堿性0.03。

實(shí)施例2,一種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法,包括以下步驟:1、按重量比選取粉煤灰40%、石英砂26%、石灰石15%、長石10%、caf26%、re(laxce1-x)o2%、na2o1%作為制備材料,2、將步驟1中選取的材料放入球磨機(jī)中磨120min并過200目篩,混合均勻后放入坩堝,于1300~1310℃在電爐中熔化完全后澄清20min,將熔融液澆鑄在預(yù)熱溫度為850~860℃的已預(yù)熱的模具中;3、將澆鑄好的含鑭鈰稀土微晶材料立即放入680~690℃爐內(nèi)退火,保溫時(shí)間為60min,再以10℃/min升溫到800~810℃保溫120min,然后以5℃/min升溫到880~890℃晶化,保溫時(shí)間為240min,最后以2℃/min的速率降溫到500℃以下,自然冷卻到常溫。通過上述技術(shù)工藝過程制備的含鑭鈰稀土微晶材料的化學(xué)成分為:sio252.6%、al2o315.4%、cao15.5%、mgo1.3%、feo4.7%、na2o+k2o3.2%、re(laxce1-x)o2.0%、caf25.4%。性能指標(biāo)為:密度3.05g/cm3、莫氏硬度8級、壓縮強(qiáng)度1458mpa、彎曲強(qiáng)度182mpa、耐酸性0.06、耐堿性0.05。

實(shí)施例3,一種含鑭鈰稀土微晶材料的制備方法,包括以下步驟:1、按重量比選取稀選尾礦32%、粉煤灰7%、高爐渣5%、石英砂32%、石灰石11%、長石9%、caf23%、re(laxce1-x)o1%作為制備材料,2、將步驟1中選取的材料放入球磨機(jī)中磨120min并過200目篩,混合均勻后放入坩堝,于1540~1550℃在電爐中熔化完全后澄清30min,將熔融液澆鑄在預(yù)熱溫度為940~950℃的已預(yù)熱的模具中;3、將澆鑄好的含鑭鈰稀土微晶材料立即放入720~730℃爐內(nèi)退火,保溫時(shí)間為120min,再以10℃/min升溫到840~850℃保溫120min,然后以5℃/min升溫到960~970℃晶化,保溫時(shí)間為480min,最后以2℃/min的速率降溫到500℃以下,自然冷卻到常溫。通過上述技術(shù)工藝過程制備的含鑭鈰稀土微晶材料的化學(xué)成分為:sio246.9%、al2o37.6%、cao18.5%、mgo2.4%、feo7.7%、na2o+k2o4.8%、re(laxce1-x)o2.2%、caf29.7%。性能指標(biāo)為:密度3.28g/cm3、莫氏硬度9級、壓縮強(qiáng)度1380mpa、彎曲強(qiáng)度185mpa、耐酸性0.07、耐堿性0.02。

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